CN114448620B - 多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法及相关设备，所述方法包括：基于多协议量子密钥分发网络，围绕多种QKD协议的物理属性，综合考虑源宿节点间多路径的各种密钥中继模式组合，通过查询多协议网络信息和端到端业务需求，进行密钥中继模式组合和实现自适应路径选择。能够为多协议QKD网络的端到端业务自动选择最佳路径，避免路径选择不恰当造成的业务失败或资源浪费，降低端到端业务建立的成本，有利于提升端到端业务路径选择的灵活性。

Description

多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法及相关设备

技术领域

本申请涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法及相关设备。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)网络以QKD技术为核心，通过在源宿节点间利用QKD链路连接一个或多个中继节点来建立端到端业务，该业务可以为用户提供量子密钥来保障端到端用户通信安全。传统QKD网络通常由单一的QKD协议构成，随着各种高性能QKD协议的发展与突破，单一的QKD协议将难以满足高性能QKD网络的需求。因此，QKD网络正逐渐向多协议的形态发展。在多协议QKD网络中，端到端业务的建立需要依赖源宿节点间支持多种协议的中继节点，协议的增多为密钥中继提供了复杂的模式，从而使端到端业务路径的选择空间大幅增加，如何实现多协议QKD网络的端到端业务路径自适应选择变得十分关键。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法及相关设备。

基于上述目的，本申请提供了一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法，包括：

获取量子密钥分发网络的拓扑信息；根据所述拓扑信息确定所述量子密钥分发网络中每两个相连节点间支持的QKD协议、每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的密钥生成率和每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的建立成本；

获取目标业务在所述量子密钥分发网络中的源宿QKD节点、密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限；

根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合；

根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径。

在一些实施方式中，所述根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合，包括：

根据所述拓扑信息，通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间跳数由少到多的前N条预选路径；

针对所述前N条预选路径中的每条所述预选路径，通过组合得到满足所述相连节点间支持的QKD协议的所述第一密钥中继模式组合。

在一些实施方式中，所述根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径，包括：

从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选满足所述中继节点需求的第二密钥中继模式组合；

根据所述QKD协议对应的密钥生成率计算全部所述第二密钥中继模式组合中的每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率；

基于每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率，从全部所述第二密钥中继模式组合中筛选得到满足所述密钥生成率需求的第三密钥中继模式组合；

根据所述建立成本计算全部所述第三密钥中继模式组合中的每个所述第三密钥中继模式组合的建立成本；

从全部所述第三密钥中继模式组合中选择所述建立成本最低的所述第三密钥中继模式组合所在的所述预选路径组成可用路径组合；

基于所述单中继节点平均成本上限，从可用路径组合中选取一个所述可用路径作为所述目标可用路径。

在一些实施方式中，所述基于所述单中继节点平均成本上限，从可用路径组合中选取一个所述可用路径作为所述目标可用路径，包括：

根据所述建立成本和中继节点数量计算所述可用路径组合中的每一条所述可用路径的单中继节点平均成本；

响应于确定所述可用路径的单中继节点平均成本小于等于所述单中继节点平均成本上限，将该所述可用路径作为所述目标可用路径。

在一些实施方式中，所述QKD协议包括BB84、E91、BBM92、GG02、DPS、诱骗态、COW、MDI和TF。

在一些实施方式中，所述中继节点包括可信中继节点和不可信中继节点。

在一些实施方式中，所述中继节点需求包括：所述不可信中继节点和所述可信中继节点的比例满足预设条件；所述从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选满足所述中继节点需求的第二密钥中继模式组合，包括：

将所述第一密钥中继模式组合中不可信中继节点和可信中继节点的比例满足预设条件的全部所述第一密钥中继模式组合作为所述第二密钥中继模式组合。

基于同一构思，本申请还提供了一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择装置，包括：

网络信息获取模块，被配置为获取量子密钥分发网络的拓扑信息；根据所述拓扑信息确定所述量子密钥分发网络中每两个相连节点间支持的QKD协议、每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的密钥生成率和每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的建立成本；

业务信息获取模块，被配置为获取目标业务在所述量子密钥分发网络中的源宿QKD节点、密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限；

计算模块，被配置为根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合；

选择模块，被配置为根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径。

基于同一构思，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任一项所述的方法。

基于同一构思，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机实现如上任一项所述的方法。

从上面所述可以看出，本申请提供的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法，基于多协议量子密钥分发网络，围绕多种QKD协议的物理属性，综合考虑源宿节点间多路径的各种密钥中继模式组合，通过查询多协议网络信息和端到端业务需求，进行密钥中继模式组合和实现自适应路径选择。能够为多协议QKD网络的端到端业务自动选择最佳路径，避免路径选择不恰当造成的业务失败或资源浪费，降低端到端业务建立的成本，有利于提升端到端业务路径选择的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为QKD网络示意图；

图2为单协议QKD网络示意图；

图3为多协议QKD网络示意图；

图4为本申请实施例的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法流程图；

图5为本申请实施例的目标可用路径选择方法流程图；

图6为本申请实施例的应用场景示意图；

图7为本申请实施例的应用场景路径选择示意图；

图8为本申请实施例的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择装置结构示意图；

图9为本申请实施例的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，相关的量子密钥分发网络的业务路径选择方案还难以满足多协议QKD网络的端到端业务路径自适应选择的需要。参考表1，总结了一些经典QKD协议：BB84(Bennett-Brassard-1984)协议、E91(Ekert-91)协议、BBM92(Bennett-Brassard-Mermin-1992)协议、GG02(Grosshans-Grangier-2002)协议、DPS(Differential-Phase-Shift)协议、诱骗态协议、COW(Coherent-One-Way)协议、测量设备无关(Measurement-Device-Independent，MDI)协议、双场(Twin-Field，TF)协议。这些协议为构建高性能多协议QKD网络奠定了基础。此外，本申请提到的多协议不局限于表1中的经典协议，目前已有越来越多的高性能QKD协议被发明出来。将QKD协议具备的物理特征映射在多协议QKD网络中继节点上，可以发现三种中继节点互联形态：可信中继→可信中继、可信中继→不可信中继←可信中继、可信中继←不可信中继→可信中继，其中箭头代表量子信号的传输方向。因此，第一种形态涉及2个中继节点，而后两种形态都涉及3个中继节点。其中，可信中继的概念是假定中继节点是可信的，通常将中继放置在有人值守的环境中或者采用物理防御措施以辅助中继节点实现可信的目标。不可信中继的概念是中继节点不依赖于任何安全性假设，其无需防御措施，安全性也不受任何因素影响。

表1经典QKD协议

参考图1，为QKD网络示意图，QKD网络包含QKD节点和中继节点，其中QKD节点是端到端业务的源/宿节点，中继节点用于实现长距离的端到端QKD，每个QKD节点也具有中继节点的功能。QKD节点和中继节点通过QKD链路相连，QKD链路为光纤链路或自由空间链路。传统QKD网络通常由单一的QKD协议构成，即任意两个相连节点间都采用相同的QKD协议。相比之下，多协议QKD网络由多种QKD协议构成，任意两个相连节点间可以支持多种QKD协议。本专利中提到的相连节点指实现某种QKD协议的相关节点。QKD网络中存在多种业务类型，本专利提到的业务具体指在QKD节点之间建立的端到端业务。该业务的建立是通过在源宿QKD节点之间利用QKD链路连接一个或多个中继节点(可信/不可信中继)，并在生成量子密钥的可信中继处进行密钥中继(不可信中继处由于没有量子密钥生成而不进行密钥中继)。端到端业务建立成功后，可以在源宿QKD节点间以一定的密钥生成率生成量子密钥，从而保障端到端用户通信安全。

传统单协议QKD网络的端到端业务基于单一的QKD协议建立(如BB84协议)，且中继节点互联形态通常为可信中继节点→可信中继节点。在QKD链路稳定的条件下，端到端业务源宿节点间的密钥生成率主要由每对相连节点(一个源/宿QKD节点与一个可信中继节点，或两个可信中继节点)间QKD协议可实现的最低密钥生成率决定，单一的协议导致密钥中继模式相对固定，可实现的端到端业务密钥生成率也不够灵活，参考图2，为端到端业务通过源QKD节点、中继节点A、B、C和宿QKD节点基于BB84协议建立的单协议QKD网络示意图，其中，源QKD节点与中继节点A之间的密钥生成率为65kbps，中继节点A与中继节点B之间的密钥生成率为70kbps，中继节点B与中继节点C之间的密钥生成率为50kbps，中继节点C与宿QKD节点之间的密钥生成率为55kbps，由于QKD协议可实现的最低密钥生成率为50kbps，所以该端到端业务的密钥生成率为50kbps。相对而言，多协议QKD网络业务的密钥生成率容易受不同的中继节点互联形态所影响，多种QKD协议(如BB84和MDI协议)在端到端路径上的不同组合为源宿节点间密钥中继提供了多种模式，从而为端到端业务密钥生成率提供了灵活的选择(50/55/65/70kbps)，该业务的路径选择不得不考虑节点间各种QKD协议带来的影响。参考图3，为端到端业务通过源QKD节点、中继节点A、B、C和宿QKD节点的多协议QKD网络示意图，通过多协议密钥中继模式组合的方式，将会有多种可实现的端到端业务密钥生成率。作为一个示例，源QKD节点与中继节点A(不可信中继节点)，中继节点A(不可信中继节点)与中继节点B(可信中继节点)三个节点之间通过MDI协议建立的密钥生成率为70kbps，中继节点B(可信中继节点)与中继节点C(可信中继节点)之间通过BB84协议建立的密钥生成率为50kbps，中继节点C(可信中继节点)与宿QKD节点之间通过BB84协议建立的密钥生成率为55kbps，由于三个QKD协议中可实现的最低密钥生成率为50kbps，所以该端到端业务的密钥生成率为50kbps。作为另一个示例，源QKD节点与中继节点A(可信中继节点)之间通过BB84协议建立的密钥生成率为65kbps，中继节点A(可信中继节点)与中继节点B(可信中继节点)之间通过BB84协议建立的密钥生成率为70kbps，中继节点B(可信中继节点)与中继节点C(不可信中继节点)，中继节点C(不可信中继节点)与宿QKD节点三个节点之间通过MDI协议建立的密钥生成率为75kbps，由于上述三段节点之间QKD协议的密钥生成率分别为65kbps、70kbps和75kbps，其中可实现的最低密钥生成率为65kbps，所以该端到端业务的密钥生成率为65kbps。作为另一个示例，源QKD节点与中继节点A(可信中继节点)之间通过BB84协议建立的密钥生成率为65kbps，中继节点A(可信中继节点)与中继节点B(不可信中继节点)，中继节点B(不可信中继节点)与中继节点C(可信中继节点)三个节点之间通过MDI协议建立的密钥生成率为80kbps，中继节点C(可信中继节点)与宿QKD之间通过BB84协议建立的密钥生成率为55kbps，由于上述三段节点之间QKD协议的密钥生成率分别为65kbps、80kbps和55kbps，其中可实现的最低密钥生成率为55kbps，所以该端到端业务的密钥生成率为55kbps。

申请人在实现本申请的过程中发现，传统单协议QKD网络中已有端到端业务的路径选择方法，但其未考虑QKD协议的多样性对端到端路径上密钥中继模式产生的影响，导致端到端业务的路径选择空间较小。因此，如果将单协议QKD网络中的端到端业务路径选择方法应用于多协议QKD网络，难以为端到端业务直接选择出恰当的路径，从而造成业务失败或资源浪费。另一方面，多协议QKD网络中尚无端到端业务的路径选择方法及装置，QKD协议类型的增多为端到端路径上密钥中继提供了复杂的模式组合，导致端到端业务的路径选择空间大幅增加，缺少端到端业务的路径选择方法及装置将会造成业务建立成功率下降，无法实现与端到端业务密钥生成率及中继节点需求的最优适配。

有鉴于此，本申请的一个或多个实施例提供了一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方案，基于多协议量子密钥分发网络，围绕多种QKD协议的物理属性，综合考虑源宿节点间多路径的各种密钥中继模式组合，通过查询多协议网络信息和端到端业务需求，进行密钥中继模式组合和实现自适应路径选择。能够为多协议QKD网络的端到端业务自动选择最佳路径，避免路径选择不恰当造成的业务失败或资源浪费，降低端到端业务建立的成本，有利于提升端到端业务路径选择的灵活性。下面对本申请各具体实施例的技术方案进行说明。

参考图4，本申请的实施例的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法，包括以下步骤：

步骤S401、获取量子密钥分发网络的拓扑信息；根据所述拓扑信息确定所述量子密钥分发网络中每两个相连节点间支持的QKD协议、每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的密钥生成率和每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的建立成本；

在本步骤中，量子密钥分发网络的拓扑信息包括拓扑结构、节点信息(节点类型、节点设备)、链路信息(链路长度、链路损耗)等。获取所有相连节点间支持的QKD协议，参考表1，QKD协议涉及BB84、BBM92、MDI协议等，某种QKD协议是否可以支持主要依赖于节点设备(QKD发送端与接收端)和链路长度。获取所有相连节点间各种QKD协议支持的密钥生成率，该密钥生成率受节点设备、链路长度、协议类型等影响。获取所有相连节点间各种QKD协议的建立成本，该成本主要由节点设备成本和链路成本决定。

步骤S402、获取目标业务在所述量子密钥分发网络中的源宿QKD节点、密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限；

在本步骤中，需要获取端到端业务的源宿QKD节点。获取端到端业务的密钥生成率需求，满足该需求的条件是：端到端业务路径上每对相连节点间支持的密钥生成率都不低于密钥生成率需求值。获取端到端业务的不同类型中继节点需求，在业务路径还没有选择完成时，并不知道目标可用路径上节点的具体数量，因此中继节点需求是对不可信中继节点和可信中继节点的比例要求而非具体的数量要求。获取端到端业务的单中继节点平均成本上限Cr，端到端业务路径上实际单个中继节点的平均成本不能超过此上限。

在一些实施例中，中继节点需求可以是不可信中继数量≥可信中继数量，在另外一些实施例中，中继节点需求还可以是不可信中继节点和可信中继节点的比例满足预设的比例范围，作为一个具体的示例，中继节点需求为不可信中继节点与可信中继节点的比例可以是6：4或大于6：4。

步骤S403、根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合；

在本步骤中，首先根据所述拓扑信息，通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间跳数由少到多的前N条预选路径；之后针对所述前N条预选路径中的每条所述预选路径，通过组合得到满足所述相连节点间支持的QKD协议的所述第一密钥中继模式组合。

在本实施例中，不同的预选路径可能具有不同数量和类型的中继节点，N的数值可以根据实际需求设置；另外，当出现相同跳数的路径时，根据自身条件可以全部纳入，也可以随机选择符合数量N的一条或多条路径。之后获取每条预选路径上的中继节点数量。基于节点间支持的QKD协议组合每条预选路径上的密钥中继模式，作为一个示例，组合的过程如可信中继节点(BB84)→可信中继节点(BB84&MDI)→不可信中继节点(MDI)←可信中继节点(MDI)等。每个中继节点节点都有输出端和输入端，例如在可信中继节点A(BB84)→可信中继节点B(BB84&MDI)→不可信中继节点C(MDI)←可信中继节点D(MDI)中，可信中继节点A具有BB84的输出端，可信中继节点B具有BB84的输入端和MDI的输出端，不可信中继节点C具有MDI的输入端，可信中继节点D具有MDI的输出端。

步骤S404、根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径。

从上面所述可以看出，本申请实施例针对现有技术的缺点和QKD协议的多样性，考虑端到端业务路径上复杂的密钥中继模式组合，提出了一种多协议QKD网络的业务路径选择方法，此方法可以实现多协议QKD网络中端到端业务路径的自适应选择，从而灵活适配端到端业务的密钥生成率和中继节点需求。能够为多协议QKD网络的端到端业务自动选择最佳路径，避免路径选择不恰当造成的业务失败或资源浪费，降低端到端业务建立的成本，有利于提升端到端业务路径选择的灵活性。

作为一个可选的实施例，参考图5，对于前述实施例中的步骤S404，其还可以包括以下步骤：

步骤S501、从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选满足所述中继节点需求的第二密钥中继模式组合；

在本步骤中，所述中继节点需求包括：所述不可信中继节点和所述可信中继节点的比例满足预设条件。将所述第一密钥中继模式组合中不可信中继节点和可信中继节点的比例满足预设条件的全部所述第一密钥中继模式组合作为所述第二密钥中继模式组合。

步骤S502、根据所述QKD协议对应的密钥生成率计算全部所述第二密钥中继模式组合中的每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率；

在本步骤中，每条路径上满足需求的密钥中继模式组合可能有多种。计算每种密钥中继模式组合支持的端到端业务密钥生成率，该密钥生成率主要由组合后密钥生成率最低的密钥中继模式决定。

作为一个示例，源QKD节点与中继节点A(不可信中继节点)，中继节点A(不可信中继节点)与中继节点B(可信中继节点)三个节点之间通过MDI协议建立的密钥生成率为70kbps，中继节点B(可信中继节点)与中继节点C(可信中继节点)之间通过BB84协议建立的密钥生成率为50kbps，中继节点C(可信中继节点)与宿QKD节点之间通过BB84协议建立的密钥生成率为55kbps，由于上述三段节点之间QKD协议的密钥生成率分别为70kbps、50kbps和55kbps，其中可实现的最低密钥生成率为50kbps，所以该端到端业务的密钥生成率为50kbps。

步骤S503、基于每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率，从全部所述第二密钥中继模式组合中筛选得到满足所述密钥生成率需求的第三密钥中继模式组合；

在本步骤中，不同业务有不同的密钥生成率需求，作为一个具体的示例，X业务的密钥生成率需求是55kbps，因此，在全部所述第二密钥中继模式组合中，密钥生成率大于等于55kbps的第二密钥中继模式组合将作为第三密钥中继模式组合。

步骤S504、根据所述建立成本计算全部所述第三密钥中继模式组合中的每个所述第三密钥中继模式组合的建立成本；

在本步骤中，建立成本C由各种QKD协议的建立成本决定，作为一个示例，源QKD节点与中继节点A(不可信中继节点)，中继节点A(不可信中继节点)与中继节点B(可信中继节点)三个节点之间通过MDI协议建立的建立成本为C1，中继节点B(可信中继节点)与中继节点C(可信中继节点)之间通过BB84协议建立的建立成本为C2，中继节点C(可信中继节点)与宿QKD节点之间通过BB84协议建立的建立成本为C3，所以该端到端业务的建立成本C＝C1+C2+C3。

步骤S505、从全部所述第三密钥中继模式组合中选择所述建立成本最低的所述第三密钥中继模式组合所在的所述预选路径组成可用路径组合；

步骤S506、基于所述单中继节点平均成本上限，从可用路径组合中选取一个所述可用路径作为所述目标可用路径。

在本实施例中，通过多个步骤的筛选最终确定满足了端到端业务各项需求的目标可用路径。

在另外一些实施例中，前述实施例所述的方法还可以包括：

根据所述建立成本和中继节点数量计算所述可用路径组合中的每一条所述可用路径的单中继节点平均成本；

响应于确定所述可用路径的单中继节点平均成本小于等于所述单中继节点平均成本上限，将该所述可用路径作为所述目标可用路径。

在本实施例中，单条路径上成本最低的密钥中继模式组合可能存在多个。计算每条可用路径的实际单个中继节点平均成本Cn，其中，该成本计算方式：端到端业务建立成本/中继节点数量。判断是否存在小于或等于单中继节点平均成本上限Cr的实际单中继节点平均成本Cn。若上述条件成立(即存在Cn≤Cr)，则从满足条件的可用路径中随机选择一条路径作为端到端业务路径(目标可用路径)，可以基于该路径上满足条件的密钥中继模式组合建立端到端业务；否则，业务路径选择失败，对应业务无目标可用路径。

下面，给出本实施例的业务对象的展示方法的一个具体的应用场景。

参考图6，在接收端到端业务路径选择请求后，查询多协议QKD网络的拓扑信息，可以得到4个QKD节点、5个中继节点以及节点间QKD链路的具体信息；查询所有相连节点间支持的QKD协议(相连节点间均支持BB84、COW、MDI、TF协议)；查询所有相连节点间各种QKD协议支持的密钥生成率(密钥生成率与QKD链路长度/损耗紧密相关，本实施例为简化说明假设所有相邻节点间光纤QKD链路长度均为70km，该条件下BB84支持100kbps(70km)、COW支持50kbps(70km)、MDI支持60kbps(140km)、TF支持120kbps(140km))；查询所有相连节点间各种QKD协议的建立成本(BB84成本200unit、COW成本120unit、MDI成本400unit、TF成本700unit、其中unit是成本的归一化单位)。在查询多协议QKD网络实时信息后，查询端到端业务的源宿QKD节点(QKD节点A和D)；查询端到端业务的密钥生成率需求(60kbps)；查询端到端业务的不同类型中继节点数量需求(不可信中继数量≥可信中继数量)；查询端到端业务的单中继节点平均成本上限(Cr＝350unit)。

计算端到端业务源宿节点间跳数由少到多的前N条预选路径(N设置为3，前3条预选路径：A-1-2-D、A-3-C-5-D、A-3-B-2-D，其中QKD节点用作中间节点时等同于中继节点)；查询每条预选路径上的中继节点数量(前3条预选路径：2、3、3)；基于节点间支持的QKD协议组合每条预选路径上的密钥中继模式；筛选每条预选路径上满足业务不同类型中继节点数量需求的密钥中继模式组合：

预选路径一：A(MDI)-1(MDI)-2(MDI)(BB84)-D(BB84)、A(BB84)-1(BB84)(MDI)-2(MDI)-D(MDI)、A(MDI)-1(MDI)-2(MDI)(COW)-D(COW)、A(COW)-1(COW)(MDI)-2(MDI)-D(MDI)、A(TF)-1(TF)-2(TF)(BB84)-D(BB84)、A(BB84)-1(BB84)(TF)-2(TF)-D(TF)、A(TF)-1(TF)-2(TF)(COW)-D(COW)、A(COW)-1(COW)(TF)-2(TF)-D(TF)；

预选路径二：A(MDI)-3(MDI)-C(MDI)(MDI)-5(MDI)-D(MDI)、A(MDI)-3(MDI)-C(MDI)(TF)-5(TF)-D(TF)、A(TF)-3(TF)-C(TF)(MDI)-5(MDI)-D(MDI)、A(TF)-3(TF)-C(TF)(TF)-5(TF)-D(TF)；

预选路径三：A(MDI)-3(MDI)-B(MDI)(MDI)-2(MDI)-D(MDI)、A(MDI)-3(MDI)-B(MDI)(TF)-2(TF)-D(TF)、A(TF)-3(TF)-B(TF)(MDI)-2(MDI)-D(MDI)、A(TF)-3(TF)-B(TF)(TF)-2(TF)-D(TF))；

计算每种密钥中继模式组合支持的端到端业务密钥生成率：

预选路径一：60kbps、60kbps、50kbps、50kbps、100kbps、100kbps、50kbps、50kbps；

预选路径二：60kbps、60kbps、60kbps、120kbps；

预选路径三：60kbps、60kbps、60kbps、120kbps。

筛选满足端到端业务密钥生成率需求的密钥中继模式组合：

预选路径一：A(MDI)-1(MDI)-2(MDI)(BB84)-D(BB84)、A(BB84)-1(BB84)(MDI)-2(MDI)-D(MDI)、A(TF)-1(TF)-2(TF)(BB84)-D(BB84)、A(BB84)-1(BB84)(TF)-2(TF)-D(TF)；

预选路径二：A(MDI)-3(MDI)-C(MDI)(MDI)-5(MDI)-D(MDI)、A(MDI)-3(MDI)-C(MDI)(TF)-5(TF)-D(TF)、A(TF)-3(TF)-C(TF)(MDI)-5(MDI)-D(MDI)、A(TF)-3(TF)-C(TF)(TF)-5(TF)-D(TF)；

预选路径三：A(MDI)-3(MDI)-B(MDI)(MDI)-2(MDI)-D(MDI)、A(MDI)-3(MDI)-B(MDI)(TF)-2(TF)-D(TF)、A(TF)-3(TF)-B(TF)(MDI)-2(MDI)-D(MDI)、A(TF)-3(TF)-B(TF)(TF)-2(TF)-D(TF))；

计算筛选后不同密钥中继模式组合的端到端业务建立成本：

预选路径一：600unit、600unit、900unit、900unit；

预选路径二：800unit、1100unit、1100unit、1400unit；

预选路径三：800unit、1100unit、1100unit、1400unit；

选择成本最低的密钥中继模式组合所在路径作为端到端业务的可用路径(A-1-2-D)；计算每条可用路径的实际单中继节点平均成本(Cn＝600/2＝300unit)；Cn＜Cr，因此业务路径选择成功，将满足条件的可用路径(A-1-2-D)作为端到端业务的最终路径(目标可用路径)，如图7所示，该目标可用路径上有两种成本最低的密钥中继模式组合。

可见，本申请提出的一种多协议QKD网络的业务路径选择方法。鉴于多样化的QKD协议在端到端路径上引入了多种密钥中继模式组合，单协议QKD网络的业务路径选择方法及装置无法为多协议QKD网络的端到端业务选择出最优路径，本申请基于密钥中继模式组合筛选路径，从而实现多协议QKD网络端到端业务路径的自适应选择。所提出的多协议QKD网络的业务路径选择方法通过多协议网络信息查询、端到端业务需求查询、密钥中继模式组合和自适应路径选择来实现，本申请实现了多协议QKD网络端到端业务的自适应路径选择，有助于为多协议QKD网络的端到端业务选择出最佳路径，一定程度上提升了端到端业务路径选择的灵活性，解决了单协议网络业务路径选择方法不适配和多协议网络缺少业务路径选择方法而造成的路径选择成本高、成功率低等问题。

需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择装置。

参考图8，所述多协议量子密钥分发网络的业务路径选择装置，包括：

网络信息获取模块801，被配置为获取量子密钥分发网络的拓扑信息；根据所述拓扑信息确定所述量子密钥分发网络中每两个相连节点间支持的QKD协议、每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的密钥生成率和每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的建立成本；

业务信息获取模块802，被配置为获取目标业务在所述量子密钥分发网络中的源宿QKD节点、密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限；

计算模块803，被配置为根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合；

选择模块804，被配置为根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径。

在另外一些实施例中，计算模块803，还被配置为根据所述拓扑信息，通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间跳数由少到多的前N条预选路径；针对所述前N条预选路径中的每条所述预选路径，通过组合得到满足所述相连节点间支持的QKD协议的所述第一密钥中继模式组合。

在另外一些实施例中，选择模块804，还被配置为：

从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选满足所述中继节点需求的第二密钥中继模式组合；

根据所述QKD协议对应的密钥生成率计算全部所述第二密钥中继模式组合中的每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率；

基于每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率，从全部所述第二密钥中继模式组合中筛选得到满足所述密钥生成率需求的第三密钥中继模式组合；

根据所述建立成本计算全部所述第三密钥中继模式组合中的每个所述第三密钥中继模式组合的建立成本；

从全部所述第三密钥中继模式组合中选择所述建立成本最低的所述第三密钥中继模式组合所在的所述预选路径组成可用路径组合；

基于所述单中继节点平均成本上限，从可用路径组合中选取一个所述可用路径作为所述目标可用路径。

在另外一些实施例中，所述装置还包括业务建立模块，被配置为根据所述建立成本和中继节点数量计算所述可用路径组合中的每一条所述可用路径的单中继节点平均成本；

响应于确定所述可用路径的单中继节点平均成本小于等于所述单中继节点平均成本上限，将该所述可用路径作为所述目标可用路径。

在另外一些实施例中，选择模块804，还被配置为将所述第一密钥中继模式组合中不可信中继节点和可信中继节点的比例满足预设条件的全部所述第一密钥中继模式组合作为所述第二密钥中继模式组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任意一实施例所述的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法。

图9示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入/输出模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择方法，其特征在于，包括：

获取量子密钥分发网络的拓扑信息；根据所述拓扑信息确定所述量子密钥分发网络中每两个相连节点间支持的QKD协议、每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的密钥生成率和每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的建立成本；

获取目标业务在所述量子密钥分发网络中的源宿QKD节点、密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限；

根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合；

根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合，包括：

根据所述拓扑信息，通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间跳数由少到多的前N条预选路径；

针对所述前N条预选路径中的每条所述预选路径，通过组合得到满足所述相连节点间支持的QKD协议的所述第一密钥中继模式组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径，包括：

从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选满足所述中继节点需求的第二密钥中继模式组合；

根据所述QKD协议对应的密钥生成率计算全部所述第二密钥中继模式组合中的每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率；

基于每个所述第二密钥中继模式组合的密钥生成率，从全部所述第二密钥中继模式组合中筛选得到满足所述密钥生成率需求的第三密钥中继模式组合；

根据所述建立成本计算全部所述第三密钥中继模式组合中的每个所述第三密钥中继模式组合的建立成本；

从全部所述第三密钥中继模式组合中选择所述建立成本最低的所述第三密钥中继模式组合所在的预选路径组成可用路径组合；

基于所述单中继节点平均成本上限，从可用路径组合中选取一个所述可用路径作为所述目标可用路径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述单中继节点平均成本上限，从可用路径组合中选取一个所述可用路径作为所述目标可用路径，包括：

根据所述建立成本和中继节点数量计算所述可用路径组合中的每一条所述可用路径的单中继节点平均成本；

响应于确定所述可用路径的单中继节点平均成本小于等于所述单中继节点平均成本上限，将该所述可用路径作为所述目标可用路径。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述QKD协议包括BB84、E91、BBM92、GG02、DPS、诱骗态、COW、MDI和TF。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中继节点包括可信中继节点和不可信中继节点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述中继节点需求包括：所述不可信中继节点和所述可信中继节点的比例满足预设条件；所述从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选满足所述中继节点需求的第二密钥中继模式组合，包括：

将所述第一密钥中继模式组合中不可信中继节点和可信中继节点的比例满足预设条件的全部所述第一密钥中继模式组合作为所述第二密钥中继模式组合。

8.一种多协议量子密钥分发网络的业务路径选择装置，其特征在于，包括：

网络信息获取模块，被配置为获取量子密钥分发网络的拓扑信息；根据所述拓扑信息确定所述量子密钥分发网络中每两个相连节点间支持的QKD协议、每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的密钥生成率和每两个所述相连节点间支持的QKD协议对应的建立成本；

业务信息获取模块，被配置为获取目标业务在所述量子密钥分发网络中的源宿QKD节点、密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限；

计算模块，被配置为根据所述拓扑信息通过计算得到所述目标业务在所述源宿QKD节点之间的由多个所述相连节点组成的多个第一密钥中继模式组合；

选择模块，被配置为根据所述QKD协议、所述密钥生成率和所述建立成本，从全部所述第一密钥中继模式组合中筛选均满足所述密钥生成率需求、中继节点需求和单中继节点平均成本上限的密钥中继模式组合，将该密钥中继模式组合所在的路径作为所述目标业务的目标可用路径。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可由所述处理器执行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令用于使计算机执行根据权利要求1至7中任意一项所述的方法。